Landmarks: The First Antiparticle
×
APS heeft het volledige Physical Review-archief online gezet, teruggaand tot 1893. Focus Landmarks bevat belangrijke artikelen uit het archief.
De ontdekking van het positieve elektron, of positron, in 1932 was het perfecte voorbeeld van een opvallende experimentele vondst die nauw aansloot bij een opmerkelijke theoretische voorspelling – behalve dan dat de experimentator niet op de hoogte was van de theorie en het nieuwe deeltje bij toeval ontdekte. Maar kort nadat hij zijn resultaten in de Physical Review had gepubliceerd, vernam hij van anderen in het vakgebied over de voorspelling. Na de identificatie van het neutron in hetzelfde jaar, markeerde de ontdekking van het positron het begin van een decennialang tijdperk waarin nieuwe subatomaire deeltjes snel en veelvuldig werden waargenomen.
In 1930 begon Carl Anderson van het California Institute of Technology in Pasadena met het bestuderen van kosmische straling, hoogenergetische deeltjes van toen nog onbekende samenstelling waarvan was vastgesteld dat ze op de aarde neerkwamen. Hij gebruikte een wolkenkamer, waarin sporen van deeltjes verschijnen als slierten van kleine druppeltjes in een oververzadigde damp. Wanneer de kamer in een magnetisch veld wordt gezet, kromt het pad van elk deeltje zich naar gelang de lading en energie van het deeltje. Anderson registreerde talrijke sporen die konden zijn ontstaan doordat negatief geladen deeltjes de ene kant opgingen of positief geladen deeltjes de andere kant opgingen.
Om deze twee mogelijkheden te onderscheiden, plaatste Anderson een 6 millimeter dikke loden plaat over het midden van zijn wolkenkamer. Elk deeltje dat door de plaat ging, verloor energie, waardoor zijn baan aan de andere kant een scherpere kromming kreeg en zijn bewegingsrichting zichtbaar werd. Op een totaal van 1300 foto’s van de wolkenkamer vond Anderson 15 sporen die overeenkwamen met positief geladen deeltjes. Maar het konden geen protonen zijn, realiseerde hij zich, omdat protonen met de juiste energie om de waargenomen spoorkromming te produceren na enkele millimeters door botsingen zouden afremmen, terwijl de sporen die hij zag centimeters lang waren.
Anderson kondigde zijn ontdekking van “gemakkelijk afbuigbare positieven” kort aan in Science, gevolgd door een volledige paper in de Physical Review waarin het evenwicht tussen de massa en snelheid van de deeltjes en hun energieverlies langs de sporen nauwkeurig werd geanalyseerd. Anderson betoogde dat de deeltjes één positieve ladingseenheid droegen en een massa hadden die niet meer dan 20 maal die van een elektron was. Toen hij tot de conclusie kwam dat deze deeltjes waarschijnlijk positieve elektronen waren, of “positronen”, naar aanleiding van de suggestie van de redacteur van het tijdschrift, stelde hij voor dat zij door inslagen van kosmische stralen uit de kernen van nabijgelegen atomen waren geworpen.
Anderson wist dat Paul Dirac van de Universiteit van Cambridge een relativistische kwantummechanische vergelijking voor het elektron had uitgewerkt. Maar blijkbaar wist hij niet dat Dirac in 1931 zijn theorie had gebruikt om het bestaan te voorspellen van een deeltje dat identiek was aan het elektron, behalve dat het een tegengestelde lading had. Toen zij van Andersons ontdekking hoorden, voerden Patrick Blackett en Giuseppe Occhialini, ook in Cambridge, experimenten uit met wolkenkamerexperimenten waarin zij de gelijktijdige productie zagen van positieve en negatieve elektronenparen bij botsingen met kosmische stralen. Zij kondigden hun resultaten aan als direct bewijs voor Dirac’s voorspelde antideeltje, een conclusie waar Anderson het snel mee eens was.
Historicus Helge Kragh van de Universiteit van Aarhus in Denemarken suggereert dat Andersons aanvankelijke interpretatie van zijn resultaten sterk werd beïnvloed door de opvattingen van zijn mentor bij Caltech, Robert A. Millikan, die veel onderzoek naar kosmische straling had verricht maar wantrouwig bleef ten opzichte van de highbrow kwantumtheorie. Hoewel de snelle bevestiging van Dirac’s voorspelling een belangrijke stimulans voor de theorie was, heeft Anderson altijd volgehouden dat “de ontdekking van het positron geheel toevallig was” .
-David Lindley
David Lindley is een freelance wetenschapsschrijver in Alexandria, Virginia.
- Carl D. Anderson, Science 76, 238 (1932)
- P.M.S. Blackett en G.P.S. Occhialini, Proc. Roy. Soc. A 139, 699 (1933)
- Anderson geciteerd door A. Pais, Inward Bound, Oxford University Press, p. 352 (1986)
The Positive Electron
Carl D. Anderson
Phys. Rev. 43, 491 (1933)
gepubliceerd op 15 maart 1933
onderwerpen
New Tetraquark Spotted in Electron-Positron Collisions
11 maart
New Tetraquark Spotted in Electron-Positron Collisions
, 2021
De ontdekking van een nieuw deeltje dat zowel charm quarks als vreemde quarks bevat, kan nieuwe inzichten verschaffen in hoe hadronen worden gevormd. Lees meer “
Wormgaten open voor transport
9 maart 2021
Nieuwe theorieën over wormgaten – veronderstelde tunnels door de ruimtetijd – onderzoeken of ze door mensen zouden kunnen worden doorkruist. Lees meer “
Cooling Hadron Beams with Electron Pulses
6 januari 2021
Gepulseerde elektronenbundels kunnen worden gebruikt om bundels van ionen en protonen te koelen die in een hadronopslagring circuleren – een veelbelovende ontwikkeling voor toekomstige hoogenergieversnellers. Lees meer
Meer artikelen